OctoberNo.10
2011
5000T沿海甲板船总纵强度分析
黄智翔
（浙江省舟山市港航管理局，浙江舟山316000）
摘
要：为了应对不断涌现的超规范船舶，本文开展对超规范的5000T沿海甲板船总纵强度进行计算。其中波浪弯矩
根据三维势流理论进行直接计算，静水弯矩是利用CCS的COMPASS软件进行计算，然后依据CCS《钢质海船入级规范》（2009），对此船舶的总纵强度进行计算校核。对比和校核的结果表明：该船的总纵强度符合规范的要求。关键词：总纵强度；波浪弯矩；静水弯矩；COMPASS软件中图分类号：U661一、引言
总纵强度是保证船舶结构安全的重要因素。20世纪末，不断涌现出超规范船舶，需要对其总纵强度进行校核，但其波浪载荷无法用规范中的经验公式进行计算。为了应对此类特殊状况，各船级社都对载荷的确定给予了极大的关注，提
出了所谓的第一原则：在结构设计时，必须首先合理的确定
文献标识码：A文章编号：1006-7973（2011）10-0117-022
cos2β—能量扩散函数；π
β—组合波与主浪向之间的夹角，degrees。②波浪资料采用IACS建议的波浪资料；
③进行波浪载荷长期预报时认为对应每一周期的波高呈
Rayleigh分布，而航向属于均匀分布。
作用于船体和局部结构上的各种实际可能的动态载荷，包括他们的最大值以及各载荷分量间的适当组合；然后在此基础上才能进一步讨论怎样选择合适的内力分析方法和建立可接受的强度标准。
随着国内航运业的快速发展，国内大力进行航道和港口、码头建设，需要设计和建造大量的用于运输石头、黄沙等的大型甲板运输船。而多数此类型的甲板船的主尺度类型比超出规范要求，因此需要对其的波浪载荷进行直接计算。
然而对于在船体设计时中剖面余富量较小的船舶，存在一定的安全隐患。因此，船体强度是否符合规范，是否存在潜在的不安全因素，是否能够抵挡大风浪中波浪的外载荷，是每个设计者面临的实际问题。因此，实现对超规范船舶总纵强度的合理校核有着极其现实的意义。
二、计算的依据和方法
本船为航行于我国沿海区域的5,000t甲板运输船，其主尺度比L/B=4.25、B/D=4.67，不满足中国船级社2009版《钢质海船入级规范》第二篇第二章第二节了L/B>5、B/D≤2.5的适用条件，故其波浪载荷采用直接计算确定，波浪载荷的计算方法及其假定为：
（1）波浪载荷可用二维S、T、F线性理论或三维线性理论进行计算。
（2）海况条件：
①海浪谱采用下述的P-M谱：
2
2H1/32π4512π442
()ωexp[()ω]cos2ββ≤
Sξ(ω,H1/3,Tz,β)=π4πTπTzπz
β为其他值0
（3）计算波浪弯矩时航速取为0节（4）计算波浪弯矩时概率水平取10-8
本文对该船使用COMPASS软件计算出不同工况下的静水弯矩和剪力分布，从而得到该船的最大静水弯矩。
波浪弯矩是利用DNV船级社开发的SESAM程序进行计算而来的。
三、波浪弯矩的计算
利用SESAM软件对波浪载荷进行直接计算，波浪资料采用IACS建议的波浪资料，航速按照指南要求取为0节，计算的结果如下图，概率水平为10-8时计算的值为197300kn.m
图1不同概率下的波浪弯矩幅值分布图四、静水弯矩的计算
根据不同载况下装载，利用COMPASS计算出来的各个工况下的静水弯矩与剪力如下图。
式中：ω—波浪圆频率，rad/s；
H1/3—有义波高，m；
Tz—波浪跨零周期，s；收稿日期：2011-07-25
作者简介：黄智翔，浙江省舟山市港航管理局，国家注册验船师。
图2压载出港静水弯矩剪力分布图
118中国水运
第11卷
图3
压载到港静水弯矩剪力分布图
图4满载出港静水弯矩剪力分布图
图5
满载到港静水弯矩剪力分布图
五、总纵弯曲强度校核1．中剖面剖面模数计算中和轴距基线：2.266m垂向惯性矩：44,780cm2m2
甲板处垂向剖面模数：20,042cm2m平板龙骨处垂向剖面模数：19,764cm2
m2．船舯最小剖面模数校核
船中最小剖面模数W0应不小于下式计算值：（09规范2.2.5.1）
W0=CLB
2
（Cb+0.7）=1,967,851cm3=19,678.51cm2m式中：C=0.0412L+4=7.639
L=88.32mB=21.0m
Cb=0.8726
Wd>W0
Wb>W0
因此，此船船中最小剖面模数满足规范要求。3．许用静水弯矩校核
许用静水弯矩MS
(+)和MS
(-)按下式计算：
MS(+)=M
MW(+)
kNm
MS()=M
MW()
kNm
式中：MW—波浪弯矩，kNm，
M—许用合成弯矩，按下式计算，取小值。
M=FdWd[σ]×10
3
kNm
=1×2004200×175×103=350735kN.m
M=FbWb[σ]×10
3
kNm
=1×1976400×175×10
3
=345870kN.m
式中：FNd=1，Fb=1，[σ]=175mm2，Wd=2004200cm3，Wb=1976400cm3。
许用合成弯矩取345870kN.m。
最大波浪弯矩，MW=197300kN.m，由图1可知，
MS(+)=MMW(+)
kNm
=345870-19700
=148870kN.m
MS()=M+MW(+)
kNm
=-345870+19700=-148870kN.m各工况最大静水弯矩见表1。
表1静水弯矩校核表
满载出港
满载到港压载出港压载到港最大静水弯矩（kN.m）-44197.7-49825.28045275146.5许用静水弯矩（kN.m）
-148870-148870148870148870K=MS/Ms
3.372.991.851.98是否满足要求
满足
满足
满足
满足
4．总纵弯曲力计算
四种载况下最大静水弯矩见表2。
表2最大静水弯矩表
满载出港
满载到港压载出港压载到港位置
F86+0.029F82+0.44F88+0.527F90+0.105最大静水波浪弯矩
（kN.m）
-44197.7
-49825.2
80452.0
75146.5
由于四种载况下的最大弯矩值所在的剖面位于平行中体
上，所以剖面模数与中剖面模数相同。此船最小剖面模数为1.976m3。
表4
总纵弯曲应力计算结果
满载出港满载到港压载出港压载到港静水弯矩Ms/（kNm）44197.749825.28045275146.5波浪弯矩Mw/（kNm）197300197300197300197300总弯矩M/（kNm）241497.7247125.2277752272446.5舯剖面最小剖面模数
W/（m3
）
1.9761.9761.9761.976j计算应力σ/（N/mm2）122.1125.1140.6137.9许用应力[σ]/（N/mm2
）
175175175175是否满足要求
满足
满足
满足
满足
六、结论
通过计算表明，各个工况下的最大应力都小于规范规定的许用应力175MPa，即表明，超规范的5,000t甲板船总纵强度符合规范要求。
参考文献
[1]王杰德，杨永谦．体强度与结构设计[M]．北京：国防工业出版社，1992．
[2]陈铁云，陈伯真．船舶结构力学[M]．上海：上海交通大学出版社，1991．[3]中国船级社．钢质海船入级规范[S]．北京：人民交通出版社，2009．[4]
中国船级社．船体结构强度直接计算指南[S]．北京：人民
交通出版社，2001．
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